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(noticias nanowerk) Ahora se puede determinar más fácilmente la cantidad de fuerza que necesita un micronadador para moverse. Científicos del Departamento de Física de la Materia Viva del Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización (MPI-DS) han desarrollado un teorema general para calcular la energía mínima necesaria para la propulsión. Estos hallazgos permiten una comprensión profunda de aplicaciones prácticas, como el transporte dirigido de moléculas y sustratos.
Los resultados fueron publicados en comunicación de la naturaleza (“Producción mínima de entropía por micronadadores con disipación interna”).
Una de las características más importantes de un vehículo, ya sea un coche, un avión o un barco, es su consumo de combustible para recorrer una determinada distancia a una determinada velocidad. En el mundo microscópico hay pequeños objetos que pueden moverse por sí solos en un ambiente líquido. Entre los llamados micronadadores se encuentran bacterias y otros microorganismos que se mueven con cilios o flagelos, pero también objetos fabricados artificialmente. Si bien los microbios biológicos han evolucionado para nadar de manera eficiente, es necesario comprender los mecanismos detrás de la autopropulsión para desarrollar también micronadadores artificiales eficientes.
Un nuevo enfoque para describir el movimiento de los micronadadores.
Si bien muchos modelos anteriormente trataban a los micronadadores como si estuvieran siendo arrastrados por una fuerza externa, el nuevo modelo se centra en la energía necesaria para impulsar al propio micronadador.
«Muchos problemas de optimización que antes requerían el uso de ordenadores ahora se pueden resolver con lápiz y papel», describe Andrej Vilfan, jefe de grupo del MPI-DS. Los resultados también se pueden utilizar para determinar la forma más eficiente de micronadadores activos.
«Si bien las formas resultantes pueden parecernos sorprendentes a primera vista, una mirada más cercana muestra que en realidad tienen sorprendentes similitudes con las formas que se encuentran en la naturaleza», explica Vilfan.
Optimización del diseño de micronadadores artificiales.
El modelo recientemente propuesto destaca la diferencia en la producción de entropía entre los micronadadores activos y las partículas impulsadas externamente. A escala microscópica, los efectos entrópicos desempeñan un papel crucial en el movimiento de las partículas.
«Por lo tanto, nuestros resultados tienen un impacto en varios campos de investigación, como los microfluidos, la biofísica y la ciencia de materiales», resume Abdallah Daddi-Moussa-Ider, autor principal del estudio. Los micronadadores tienen el potencial de transportar específicamente partículas y moléculas, como medicamentos, a un área objetivo.
«Un conocimiento profundo de los principios del movimiento de los micronadadores abre muchas oportunidades para la innovación y aplicaciones prácticas», concluye Daddi-Moussa-Ider.
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